[发明专利]基于时域响应重构的损伤识别方法及系统、设备、存储介质

说明书

本发明公开了一种基于时域响应重构的损伤识别方法及系统、设备、存储介质，所述基于时域响应重构的损伤识别方法采用应变响应提取模态响应，并基于重构模态响应和提取模态响应的差异信息作为有限元模型修正的依据，利用了结构应变对损伤的高灵敏度，提高了识别精度，通过不断对有限元模型进行修正，直至重构值和提取值之间的差异最小，此时迭代后的有限元模型与实际损伤结构最为接近，从而根据最终迭代后的累积损伤因子得到损伤识别结果，整个识别过程无需外载荷信息，也无需进行模态识别，通过高效的时域应变重构即可在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别，能更好地适应复杂测量环境的结构健康监测。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，特别地，涉及一种基于时域响应重构的损伤识别方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质。

背景技术

土木结构的性能在其运营阶段会随着时间推移而下降，从而影响结构的安全性和耐久性，因此，结构健康监测技术一直是国内外的研究热点。土木结构损伤形式多样、损伤位置隐蔽，由于土木结构形式复杂、尺度大等特点，很难对土木结构损伤进行准确识别，若放任损伤不断发展，很有可能导致重大安全事故，因此，开展土木结构损伤识别研究具有重要意义。

现有结构损伤识别方法的基本原理是损伤会导致结构物理特性发生变化，该变化会反映在实际测量的结构动态响应中，通过分析结构动态响应的变化实现损伤识别。在现有基于模型的损伤识别方法中，频域方法主要的识别参数包括频率、振型和曲率模态等，该方法需要在频域上识别模态参数，具有一定的复杂性且难以保证计算精度；而时域方法，如基于响应灵敏度的识别方法，需要通过外部激励和结构动态响应的关系来进行损伤识别，具有数据量充足、识别精度高的特点，但需要准确的外荷载信息，而实际结构的外荷载通常难以获取；而时频域方法，如基于小波包灵敏度的识别方法，此种方法同样需要获取外荷载信息，而且需在时频域上进行正向运算和反向运算，其计算效率较低，过程繁复。

发明内容

本发明提供了一种基于时域响应重构的损伤识别方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有损伤识别方法需要准确获取外载荷信息才能进行损伤识别的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于时域响应重构的损伤识别方法，包括以下内容：

采用经验模态分解法从实际损伤结构的每个测量位置的应变响应中提取出应变模态响应；

基于提取出的应变模态响应和无损伤模型的应变模态重构得到无损伤模型中每个测量位置的应变模态响应；

对于同一测量位置，基于重构的应变模态响应和提取的应变模态响应构建应变模态响应差异向量；

对构建的应变模态响应差异向量进行最小化迭代优化求解，得到损伤识别结果。

进一步地，基于下式求解无损伤模型的应变模态：

其中，Φ^(k)表示无损伤模型中第k个单元的应变模态，B^(k)表示第k个单元的应变位移矩阵，表示第k个单元的振型指数。

进一步地，无损伤模型中每个测量位置的应变模态响应的重构过程具体为：

结构中两个测量位置处应变的模态响应在同一时刻t存在如下关系：

其中，下标a和b表示测量位置，下标j表示模态阶次，Φ表示应变模态，δ表示应变模态响应；

由提取出的测量位置a处的应变模态响应重构得到测量位置b处的应变模态响应：

其中，上标r和m分别表示重构值和测量值。

进一步地，应变模态响应差异向量的构建过程具体为：